Multimedia w dydaktyce szkoły wyższej - Fizyka dla każdego

Multimedia w dydaktyce szkoły wyższej
Prof. zw. dr hab. inż. Grzegorz Karwasz
Kierownik Zakładu Dydaktyki Fizyki,
Instytut Fizyki, Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu
E-mail: [email protected]
Zmieniające się środki społecznego przekazu zmieniają sposoby odbioru treści, również w
praktyce szkolnej i wyższej uczelni. Powszechna dostępność różnych form - clipu filmowego,
tekstu czytanego, obrazu, symulacji, dają w efekcie natłok informacji, z których student
samodzielnie skorzystać nie potrafi. W artykule „Internet jako nauczyciel – czy jest to wirtualny
postęp?” R. Hammond [1] pisze: „-Jako profesor i dziekan wydziału jestem zmuszony
zabezpieczyć, działaniem lub interwencją, kierowanie edukacją studentów opierającą się o
Internet.” Multimedialność nie może być więc rozumiana jako zastępowanie tradycyjnych
środków dydaktycznych przez środki komputerowe – prowadziłoby to do zubożenia metodyki
nauczania a nie do jej wzbogacenia i podniesienia efektywności.
Przez multimedia rozumiemy różnorodność środków (i metod) nauczania. Multimedialność w
nauczaniu, np. ruchu jednostajnie przyspieszonego to równia z dzwonkami rozłożonymi w
odstępach rosnących jak kolejne liczby nieparzyste, e-podręcznik [2], komputerowy system
pomiarowy [3] a także oryginalny tekst Galileusza definiujący tego rodzaju ruch [4].
Niezbędne jest więc, aby nauczyciel akademicki potrafił z cała swobodą operować szeroką
gamą środków multimedialnych, konstruując z nich jednostki dydaktyczne zamknięte a także
materiały otwarte w postaci ścieżek dydaktycznych lub informacji usieciowanej.
W naszej klasyfikacji pochodzącej w okresu pojawiania się w Polsce pierwszych komputerowych
środków multimedialnych, tzw. środków wirtualnych, wyróżniliśmy [5] cztery ich typy, w oparciu o
różną złożoność przekazu treści w nich zawartych, a przez to i różną formę:
1) pojedyncze zbiory (obrazy, filmy, symulacje)
2) sekwencyjne ścieżki narracji
3) encyklopedie multimedialne
4) podręczniki multimedialne
Środki wirtualne, niezależnie od ich formy mają zawsze oparcie w środkach realnych. Dobór
środków multimedialnych jest uwarunkowany celami nauczania – przekazywanymi treściami,
czasem pozostającym do dyspozycji wykładowcy i rodzajem grupy docelowej. Regułą powinno
być możliwie wszechstronne korzystanie tak ze środków wirtualnych jak realnych. Zakres
środków do wykorzystania jest ograniczony tylko przez inwencję wykładowcy. Zacznijmy od
najprostszego przykładu – ruchu jednostajnie przyspieszonego. Przykładem jest oczywiście ruch
po równi pochyłej, ze wszystkimi trudnościami matematycznymi, jakimi są dla początkującego
studenta proste skądinąd zależności trygonometryczne.
Przede wszystkim zauważmy, że ruch jednostajny i
jednostajnie przyspieszony są jednym i tym samym
rodzajem ruchu – jeden po równi pochyłej, drugi po
równi poziomej. Co więcej, w obecności odpowiednio
dobranych oporów ruchu kroczenie po równi może być
ruchem jednostajnym, zob. foto 1. Eksponat z foto 1 jest
tak prosty, że może być na wyposażeniu każdego
gimnazjum.
Multimedialność eksperymentu ze schodzącymi kaczkami polega na nasłuchiwaniu (poprzez
mikrofon oparty o równię) równomiernego kroku kaczek. Kolejnym eksponatem ścieżki
dydaktycznej jest równia Galileusza, kilkumetrowa, z dzwonkami ustawionymi w odległościach
mających się do siebie jak kolejne liczby nieparzyste. I znowu, studenci słuchają, w
ciemnościach, równomiernego odgłosu dzwonków, próbując zgadnąć, w jakich są one
odległościach. Zebranie wielu możliwych aspektów fizycznych równi pochyłej tworzy bogatą i
zaskakującą ścieżkę, a w zasadzie jednokierunkowy tunel dydaktyczny [4].
Podstawą konstruowania ścieżek przekazu wiedzy jest analityczne poszukiwanie różnorodnych,
niestandardowych a często niejasnych aspektów danego zagadnienia fizycznego. Równanie
tzw. soczewki cienkiej, jest matematycznym uproszczeniem dość złożonego obiektu fizycznego,
jakim są soczewki rzeczywiste. Co więcej, równanie soczewki to równanie hiperboli o
przesuniętych asymptotach – zagadnienie, które musiało fascynować Newtona, ale
niekoniecznie współczesnego studenta. W czasach nieograniczonego dostępu internetowego
do modeli numerycznych soczewek rzeczywistych proces dydaktyczny może ulec odwróceniu –
nie soczewka rzeczywista jako niechciana komplikacja równania Newtona ale soczewka cienka
jako interesujące uproszczenie matematyczne [6].
Dalej w temacie optyki, wzbogacając dyskusję fizyczną o elementy historii nauki, filozofii, sztuki,
literatury, tworzymy pomost pojęciowy do innych odbiorców, nie tylko studentów fizyki. Powstaje
różnorodna w formie i treści wystawa interaktywna [7], w ramach której można realizować różne
ścieżki dydaktyczne.
Otwarcie na interdyscyplinarność może być
jeszcze szersze na polu fizyki współczesnej.
Spektroskopia fotoakustyczna [8] pozwala na
wykrywanie śladowych ilości gazowych
hormonów roślinnych, jak etylen. Ma więc
potencjalne
szerokie
zastosowanie
w
rolnictwie,
przetwórstwie
owoców
itd.
Zastosowanie kilku typów spektroskopii
pozwoliło zidentyfikować potrawy i napoje
konsumowane w czasie stypy, przypuszczalnie króla Midasa [9]. Fizyka staje się
pomocnikiem
archeologii,
kryminalistyki,
historii, technik konserwacji sztuki itd.
Wystawa „Na ścieżkach Fizyki Współczesnej”
i jej wirtualne zwierciadła [10] są przykładem
poszukiwań daleko posuniętych analogii
ilustrujących skomplikowane zagadnienia
fizyczne,
jak
pułapkowanie
atomów
wyjaśniane za pomocą wirującego bąka itd.
Wystawa ta jest też przykładem wykorzystania
plakatu dydaktycznego jako dodatkowego
środka nauczania, foto 2. Plakaty tej wystawy
mają
ściśle
określoną
konstrukcję
dydaktyczną – od zaciekawienia czytelnika
poprzez informacje szczegółowe, do jego
ponownego rozbawienia.
Podstawą dydaktyki multimedialnej pozostaje jednak prawdziwy eksperyment. Mając na uwadze
ograniczoność możliwości finansowych polskich szkół w stosunku do drogiej oferty zagranicznej
w ZDF UMK opracowaliśmy, w ramach koordynowanych przez nas projektów UE, zestawy
doświadczalne do nauczania elektromagnetyzmu. Zestawy te pozwalają na przeprowadzenie co
najmniej 40 doświadczeń [11]. Wzbogacone o opisy, scenariusze lekcji [12] i środki wirtualne
jak modele numeryczne [13] zestawy te mogą wzbogacić dotychczas znane pokazy i
doświadczenia do samodzielnego wykonania przez studenta. Szczególnie istotna jest
wszechstronność zestawu – badania efektywności dydaktycznej na poziomie od nauczania
wczesnoszkolnego do kształcenia studentów na III stopniu studiów (podyplomowe
nauczycielskie) wykazały duże możliwość kształtowania skomplikowanych nawet pojęć, jak pole
magnetyczne, oddziaływania wzajemne, prawo zachowania energii (reguła Lenza) itd. [14].
Trzy różne sposoby obrazowania pola
magnetycznego, latarka na dynamo, magnes
nigdy nie spadający z miedzianej równi – to
tylko niektóre z eksperymentów w zestawie
wyprodukowanym przez ZDF UMK. Pudeł z
doświadczeniami jest cztery, eksperymenty
mają szczegółowe opisy i scenariusze lekcji.
Reasumując, wykładowca multimedialny musi
na bieżąco rozszerzać swój warsztat środków i
metod dydaktycznych. Metody te winny
opierać się o sprawdzone wzorce zagraniczne.
Tylko w ten sposób można sprostać rosnącym
wymogom współczesnej uczelni.
Bibliografia:
[1] R. Hamond Internet as Teacher: Is it a Virtual Improvement? Physics Today 54, 14 (2001)]
[2] G. Karwasz, M. Sadowska, K. Rochowicz, Toruński poręcznik do fizyki, Gimnazjum klasa I,
Mechanika, http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/nowa_strona/?q=node/163
[3] M. Sadowska Badanie trzeciej zasady dynamiki Newtona z wykorzystaniem zestawu
komputerowego - scenariusz lekcji Postępy Fizyki 6/2009, str. 262
http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/Publikacje_2009/4.pdf
[4] G. Karwasz i in. „Z górki na pazurki, czyli jak energia potencjalna zamienia się na energię
kinetyczną i jak się przy tym można dobrze bawić.” Interaktywna wystawa dydaktyczna w celu
intuicyjnego wprowadzenia zasad kinematyki i dynamiki na równi pochyłej. VII Festiwal Nauki i
Sztuki w Toruniu, 19-21.04.2007 http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/pazurki/galileo.htm
[5] A.Okoniewska, Z.Meger Środki multimedialne w nauczaniu fizyki Fizyka w Szkole 1/2002
[6] G. Karwasz. M. Brozis, Soczewki grubasy Foton 86 (Jesień 2004)
http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/soczewkigrubasy.html
[7] G. Karwasz i in. „Fiat Lux! Od Witelona do tomografu optycznego. Zabawy ze świtałem”
Wystawa interaktywna, Muzeum Okręgowe w Toruniu, 27.04-15.09.2008
http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/Witelo.html
[8] G. Karwasz, “Jak się Pani czuje, Pani Orchideo?
http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/Wystawy_archiwum/z_omegi/orchidea.html
[9] G. Karwasz, ”Na stypie o króla Midasa”
http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/Wystawy_archiwum/z_omegi/stypa.html
[10] G. Karwasz i in. „On the track of Modern Physics” A virtual exhibition, zob. np.
http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/Physics_is_fun/html/posters-en.html
[11] A. Karbowski i in. MOSEM Low-Tech kit educational path
Minds-on 40 simple experiments, http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/Low-Tech_kit/html/
[12] M. Sadowska, Scenariusze zajęć z elektromagnetyzmu z wykorzystaniem zestawu TPiSS,
http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/TPSS/Pliki/Elektromagnetyzm_scenariusze_lekcji.pdf
[13] K. Jackowski, Indukcja elektromagnetyczna, elektrostatyka - materiały interaktywne, UMK
2009 http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/TPSS/Jackowski/index.html
[14] R. Viola, Innovazione didattica nella Scuola Secondaria: una proposta curriculare sulla
superconduttività, Rozprawa doktorska, Universita’ di Udine, 2010